Điều chế OFDM trong truyền hình số mặt đất DVB-T

2.3 biểu diễn hình ảnh của phổ tín hiệu của 16 sóng mang con trực giao nhau trong dải thông kênh truyền dẫn và phổ tín hiệu RF của máy phát số DVB_T có dải thông 8MHz[6].Các thành phổ của máy phát số DVB_T(gồm hàng nghàn các sóng mang con) chiếm hết dải thông 8MHz. Hình 2.3. Phổ của tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 và phổ tín hiệu RF thực tế. 2.2. Biến đổi IFFT và điều chế tín hiệu trong DVB-T. Như đã trình bày trong các chương trước, bản chất của quá trình tạo tín hiệu OFDM là phân tích chuỗi bit đầu vào thành các sóng mang đã được điều chế theo một kiểu nào đó trong miền thời gian liên tục. Tuỳ thuộc vào kiểu điều chế mỗi tổ hợp bit trong chuỗi bit đầu vào được gán cho một tần số sóng mang, vì vậy mỗi sóng mang chỉ tải số lượng bit cố định. Nhờ bộ định vị (Mapper) và điều chế M-QAM, sóng mang sau khi điều chế QAM là một số phức và được xếp vào biểu đồ chòm sao theo quy luật mã Gray trên 2 trục Re (thực) và Im(ảo). Vị trí của mỗi điểm tín hiệu (số phức) trên biểu đồ chòm sao phản ánh thông tin về biên độ và pha của các sóng mang. Quá trình biến đổi IFFT sẽ biến đổi các số phức biểu diễn các sóng mang trong miền tần số thành các số phức biểu diễn các sóng mang trong miền thời gian rời rạc (Hình 2.3 trên cho ta thấy phổ của symbol OFDM ). Trong thực tế các thành phần Re và Im được biểu diễn bằng chuỗi nhị phân được bộ điều chế IQ sử dụng để điều chế sóng mang cũng được biểu diễn bằng một chuỗi nhị phân. Chuỗi nhị phân sau điều chế IQ được biến đổi D/A để nhận được tín hiệu trong băng tần cơ bản. Quá trình xử lý ở phía thu của DVB-T sẽ thực hiện biển đổi FFT để tạo các điểm điều chế phức của từng sóng mang phụ trong symbol OFDM, sau khi giải định vị (Demapping) xác định biểu đồ bit tương ứng các tổ hợp bit được cộng lại để khôi phục dòng dữ liệu đã truyền. 2.3. Lựa chọn điều chế cơ sở. 37 Tại mỗi symbol, mỗi sóng mang sẽ được điều chế bởi một số phức lấy từ tập chòm sao. Tuỳ thuộc vào kiểu điều chế cơ sở được chọn là QPSK, 16QAM hay 64QAM mỗi sóng mang sẽ vận chuyển được số bit dữ liệu là 2, 4 hoặc 6 bit. Tuy nhiên với công suất phát cố định, khi có nhiều bit dữ liệu trong một symbol thì các điểm trong chòm sao càng gần nhau hơn và khả năng chống lỗi sẽ bị giảm. Do vậy cần có sự cân đối giữa tốc độ và mức độ lỗi[6]. Với mô hình điều chế không phân cấp luồng số liệu đầu vào được tách thành các nhóm có số bit phụ thuộc vào kiểu điều chế cơ sở. Mỗi nhóm bit này mang thông tin về pha và biên độ của sóng mang và tương ứng với một điểm trên biểu đồ chòm sao. Hình 3.4 biểu diễn các chòm sao của điều chế QPSK(4 QAM), 16-QAM và 64- QAM không phân cấp. Trong mô hình điều chế phân cấp, hai luồng số liệu độc lập sẽ được truyền trong cùng một thời điểm. Luồng dữ liệu có mức ưu tiên cao(HP) được điều chế QPSK và luồng có mức ưu tiên thấp được điều chế 16-QAM hoặc 64-QAM. Hình 2.4. Biểu diễn chòm sao của điều chế QPSK, 16-QAM và 64-QAM Hình 2.5. Biểu diễn chòm sao của điều chế phân cấp 16-QAM với α = 4. 00000010 0011 0001 1000 1010 1001 1011 1101 1111 1100 1110 0111 0110 0101 0100 6 4 -4 -6 6-4-6 4 38 2.4. Số lượng, vị trí và nhiệm vụ của các sóng mang. Tín hiệu truyền đi được tổ chức thành các khung (Frame). Cứ 4 khung liên tiếp tạo thành một siêu khung. Lý do việc tạo ra các khung là để phục vụ tổ chức mang thông tin tham số bên phát (bằng các sóng mang báo hiệu tham số bên phát- Transmission Parameter Signalling - TPS carriers). Lý do của việc hình thành các siêu khung là để chèn vừa đủ một số nguyên lần gói mã sửa sai Reed-Solomon 204 byte trong dòng truyền tải MPEG-2 cho dù ta chọn bất kỳ cấu hình tham số phát, điều này tránh việc phải chèn thêm các gói đệm không cần thiết. Mỗi khung chứa 68 symbol OFDM trong miền thời gian (được đánh dấu từ 0 đến 67). Mỗi symbol này chứa hàng ngàn sóng mang (6817 sóng mang với chế độ 8K, và 1705 sóng mang với chế độ 2K) nằm dày đặc trong dải thông 8 MHz (Việt Nam chọn dải thông 8MHz, có nước chọn 7MHz). Hình 2.6 biểu diễn phân bố sóng mang của DVB-T theo thời gian và tần số. Hình 2.6. Phân bố sóng mang của DVB-T (chưa chèn khoảng bảo vệ) Như vậy trong một symbol OFDM sẽ chứa: - Các sóng mang dữ liệu (video, audio, ...)được điều chế M-QAM. Số lượng các sóng mang dữ liệu này chỉ có 6048 với 8K, và 1512 với 2K. - Các pilot (sóng mang) liên tục:bao gồm 177 pilot với 8K, và 45 pilot với 2K. Các pilot này có vị trí cố định trong dải tần 8MHz và cố định trong biểu đồ chòm sao để đầu thu sửa lỗi tần số, tự động điều chỉnh tần số (AFC) sửa lỗi pha. - Các pilot (sóng mang) rời rạc (phân tán):bao gồm 524 pilot với 8K, và 131 pilot với 2K có vị trí cố định trong biểu đồ chòm sao. Chúng không có vị trí cố định trong miền tần số, nhưng được trải đều trong dải thông 8MHz. Bên máy thu khi nhận được các thông tin từ các pilot này sẽ tự động điều chỉnh để đạt được "đáp ứng kênh" tốt nhất và thực hiện việc hiệu chỉnh (nếu cần). 39 - Khác với sóng mang các chương trình, các pilot không điều chế QAM, mà chỉ điều chế BPSK với mức công suất lớn hơn 2,5 dB so với các sóng mang khác. Hình 2.7 biểu diễn phân bố sóng mang pilot rời rạc và liên tục với múc công suất lớn hơn các sóng mang dữ liệu 2,5 dB. Hình 2.7.Phân bố các pilot của DVB-T - Các sóng mang thông số phát TPS (Transmission Parameter Signalling) chứa nhóm thông số phát được điều chế BPSK vì thế trên biểu đồ chòm sao, chúng nằm trên trục thực. Sóng mang TPS bao gồm 68 sóng mang trong chế độ 8K và 17 sóng mang trong chế độ 2K. Các sóng mang TPS này không những có vị trí cố định trên biểu đồ chòm sao, mà còn hoàn toàn cố định ở các vị trí xác định trong dải tần 8MHz. Hình 7 biểu diễn vị trí các pilot và sóng mang TPS được điều chế BPSK Hình 2.8. Phân bố các pilot của DVB-T trên biểu đồ chòm sao 2.5. Chèn khoảng thời gian bảo vệ. 40 Trong thực tế khi khoảng tổ hợp thu được trải dài theo 2 symbol thì không chỉ có nhiễu giữa các symbol (ISI) mà còn cả nhiễu tương hỗ giữa các sóng mang (ICI). Để tránh điều này người ta chèn thêm khoảng bảo vệ (Guard Interval duration) Tg trước mỗi symbol để đảm bảo các thông tin là đến từ cùng một symbol và xuất hiện cố định. Hình 2.9. Phân bố sóng mang khi chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ Mỗi khoảng symbol được kéo dài thêm vì thế nó sẽ vượt quá khoảng tổ hợp của máy thu Tu. Như vậy đoạn thêm vào tại phần đầu của symbol để tạo nên khoảng bảo vệ sẽ giống với đoạn có cùng độ dài tại cuối symbol. Miễn là trễ không vượt quá đoạn bảo vệ, tất cả thành phần tín hiệu trong khoảng tổ hợp sẽ đến từ cùng một symbol và tiêu chuẩn trực giao được thoả mãn. ICI và ISI chỉ xảy ra khi trễ vượt quá khoảng bảo vệ. Độ dài khoảng bảo vệ được lựa chọn sao cho phù hợp với mức độ thu đa đường(multi path) của máy thu. Việc chèn khoảng thời gian bảo vệ được thực hiện tại phía phát. Khoảng thời gian bảo vệ Tg có các giá trị khác nhau theo quy định của DVB-T [1]: 1/4Tu, 1/8Tu, 1/16Tu và 1/32Tu. Khi chênh lệch thời gian của các tia sóng đến đầu thu không vượt quá khoảng thời gian bảo vệ Tg, thì máy thu hoàn toàn khắc phục tốt hiện tượng phản xạ (xem hình 2.10). Thực chất, khoảng thời gian bảo vệ Tg là khoảng thời gian trống không mang thông tin hữu ích. Vì vậy, cùng chế độ phát, Tg càng lớn, thông tin hữu ích sẽ càng ít, số lượng chương trình sẽ giảm. Nhưng Tg càng lớn khả năng khắc phục các tia sóng phản xạ từ xa đến càng hiệu quả. Với sử dụng kỹ thuật ghép đa tần trực giao và với thông số khoảng thời gian bảo vệ này tạo tiền đề cho việc thiết lập mạng đơn tần DVB-T. Các máy phát thuộc mạng đơn tần đều phát cùng một kênh sóng, rất thuận lợi cho quy hoạch và tiết kiệm tài nguyên tần số. 41 Bảng 2.1: Tổng vận tốc dòng dữ liệu 2.6. Tổng vận tốc dòng dữ liệu của máy phát số DVB-T. Thông thường, thông tin trên một kênh cao tần 8MHz của máy phát DVB-T phụ thuộc vào tổng vận tốc dòng dữ liệu mà nó có khả năng truyền tải và có thể thấy các tham số phát như kiểu điều chế (modulation), tỷ lệ mã sửa sai (code rate) và khoảng thời gian bảo vệ (Guard interval) sẽ quyết định khả năng này. Bảng 2.1 thống kê Tg TFFT TS t t t t t Hình 2.10 Các tia sóng đến trong thời khoảng bảo vệ Tín hiệu thu được Sau khi sủa biên độ Phản xạ 1 Phản xạ 2 Nhiễuđồng kên Tín hiệu chính Sofdm(t) 42 tổng vận tốc dòng dữ liệu máy phát DVB-T có thể truyền tải từ 4,98 Mbit/s đến 31,67 Mbit/s trên một kênh cao tần 8MHz với các nhóm thông số phát khác nhau[6]. 2.7. Kết luận. Sử dụng công nghệ truyền hình số đem lại nhiều lợi ích cho người sử dụng, hiệu quả cao cho nhà cung cấp dịch vụ. Công nghệ truyền hình số không chỉ tăng số kênh truyền mà còn cho phép nhà cung cấp dịch vụ mở rộng kinh doanh ra các dịch vụ mới mà với công nghệ tương tự không thể thực hiện được.Hiện nay truyền hình số phát triển hết sức đa dạng về loại hình dịch vụ, phương thức truyền dẫn và phát sóng như: truyền hình số cáp DVB-C, truyền hình số mặt đất DVB-T, truyền hình số vệ tinh DVB-S, truyền hình độ phân giải cao HDTV, truyền hình qua Internet IPTV, 3G TV...Sử dụng các kỹ thuật nén tín hiệu trong hệ thống truyền hình số giải quyết được yêu cầu về độ rộng băng tần trong hệ thống truyền hình số. Sự ra đời và thay thế của truyền hình số cho truyền hình tương tự là một xu thế tất yếu khách quan. Trong các tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số, truyền hình số mặt đất DVB- T sử dụng phương pháp điều chế COFDM, mã hóa audio theo tiêu chuẩn MPEG-2 đã tỏ ra có nhiều ưu điểm bổi bật và được nhiều nước trên thế giới lựa chọn trong đó có Việt Nam Hệ thống DVB-T sử dụng kỹ thuật OFDM, thông tin cần phát được phân chia vào một lượng lớn các sóng mang. Các sóng mang này chồng lên nhau trong miền thời gian và tần số và được mã hoá riêng biệt, do đó giao thoa chỉ ảnh hưởng đến vài sóng mang và tối thiểu hoá âm thanh của nhiễu. Như đã xét ở các chương trước , ta thấy việc ứng dụng OFDM có hiệu quả rất lớn trong truyền hình số mặt đất (DVB-T), nhờ khả năng chống lại nhiễu ISI,ICI gây ra do hiệu ứng đa đường. Trong chương tiếp trình bày một số giải pháp chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số tại địa phương,chương trình mô phỏng truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống OFDM 43 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP SỐ HÓA TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT TỈNH QUẢNG TRỊ VÀ MÔ PHỎNG. 3.1. Lộ trình và mục tiêu số hóa truyền hình. Nắm bắt xu hướng chuyển đổi hạ tầng truyền dẫn, phát sóng truyền hình từ công nghệ tương tự sang công nghệ số của Chính phủ nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ, tăng số lượng kênh chương trình, đa dạng hóa các loại hình dịch vụ và nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn tài nguyên tần số. Căn cứ Quyết định 2451/QĐ-TTg ngày 27 tháng 12 năm 2011 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt “ Đề án số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất đến năm 2020”. Mục tiêu của quá trình số hóa bao gồm  Chuyển đổi hạ tầng truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất từ công nghệ tương tự sang công nghệ số (sau đây gọi là số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất) theo hướng hiện đại, hiệu quả, thống nhất về tiêu chuẩn và công nghệ nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ, tăng số lượng kênh chương trình, nâng cao hiệu quả sử dụng tần số truyền hình, đồng thời giải phóng một phần tài nguyên tần số để phát triển các dịch vụ thông tin di động và vô tuyến băng rộng.  Mở rộng vùng phủ sóng truyền hình số mặt đất nhằm phục vụ tốt nhiệm vụ phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội, cung cấp các dịch vụ truyền hình đa dạng, phong phú, chất lượng cao, phù hợp với nhu cầu và thu nhập của người dân đảm bảo thực hiện tốt nhiệm vụ chính trị, quốc phòng an ninh của Đảng và nhà nước.Hình thành và phát triển thị trường truyền dẫn, phát sóng truyền hình số mặt đất nhằm thu hút nguồn lực của xã hội để phát triển hạ tầng kỹ thuật truyền hình, trên cơ sở đảm bảo sự quản lý thống nhất, có hiệu quả của Nhà nước.Tạo điều kiện để tổ chức và sắp xếp lại hệ thống các đài phát thanh, truyền hình trên phạm vi cả nước theo hướng chuyên môn hóa, chuyên nghiệp hóa, hoạt động hiệu quả và phân định rõ hoạt động về nội dung thông tin với hoạt động về truyền dẫn, phát sóng. Mục tiêu cụ thể.  Đến năm 2015: - Đảm bảo 80% hộ gia đình có máy thu hình trên cả nước xem được truyền hình số bằng các phương thức khác nhau, trong đó truyền hình số mặt đất chiếm khoảng 55% các phương thức truyền hình;- Phủ sóng 44 truyền hình số mặt đất để truyền dẫn các kênh chương trình phục vụ nhiệm vụ chính trị tới 60% dân cư; - Áp dụng thống nhất tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất trên cơ sở tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T và các phiên bản tiếp theo. - Áp dụng thống nhất tiêu chuẩn mã hóa hình ảnh và âm thanh + Phần phát: Đến ngày 31 tháng 12 năm 2015 áp dụng tiêu chuẩn MPEG-2 hoặc MPEG4; + Phần thu: Từ 01 tháng 01 năm 2013, các thiết bị thu truyền hình số được sản xuất và nhập khẩu phải tuân theo tiêu chuẩn MPEG4 có hỗ trợ thu MPEG-2.  Đến năm 2020:- Đảm bảo 100% các hộ gia đình có máy thu hình trên cả nước xem được truyền hình số bằng các phương thức khác nhau; trong đó, truyền hình số mặt đất chiếm 45% các phương thức truyền hình; - Phủ sóng truyền hình số mặt đất để truyền dẫn các kênh chương trình phục vụ nhiệm vụ chính trị tới 80% dân cư; - Từ 01 tháng 01 năm 2016 áp dụng thống nhất tiêu chuẩn truyền h́nh số mặt đất trên cơ sở tiêu chuẩn truyền hình s ố mặt đất DVB-T, tiêu chuẩn mã hóa tín hiệu hình ảnh và âm thanh MPEG- 4 và phiên bản tiếp theo của các tiêu chuẩn trên; 3.2. Các giải pháp thực hiện. Nhóm giải pháp về thông tin, tuyên truyền: Tổ chức và thông tin tuyên truyền, giới thiệu, hội thảovề kế hoạch số hóa truyền dẫn và phát sóng truyền hình số mặt đất cho toàn thể người dân được biết. Nhóm giải pháp về thị trường và dịch vụ: Các doanh nghiệp được cấp phép sử dụng các hình thức khác nhau trong truyền dẫn và phát sóng để thúc đẩy quá trình số hóa. Nhóm giải pháp về tổ chức bộ máy và đào tạo nguồn nhân lực: Tổ chức bộ máy điều hành và nâng cao chất lượng nguồn nhân lực để phù hợp với lộ trình số hóa của Chính phủ. Nhóm giải pháp về công nghệ và tiêu chuẩn: Xây dựng, ban hành thống nhất tiêu chuẩn kỹ thuật truyền hình số mặt đất theo chuẩn DVB-T và các phiên bản tiếp theo đối với các máy phát, máy thu truyền hình số.Nhóm giải pháp về tài chính: Huy động nguồn lực tài chính của nhà nước, địa phương, doanh nghiệp và vốn vay 45 nước ngoài, sử dụng hiệu quả để thực hiện lộ trình số hóa truyền hình số đến năm 2020. Giải pháp: Máy phát hình số cộng với máy phát analog để đầu tư với mức kinh phí thấp nhất, đỡ phức tạp nhất, trước hết tận dụng hệ thống cáp và anten dải rộng hiện có. Hệ thống thiết bị công nghệ kỹ thuật số gọn không chiếm nhiều diện tích, tiêu tốn ít điện năng nhất. Sự tác động vào hệ thống thiết bị cụ thể là máy phát hình) đang khai thác thấp nhất, thời gian triển khai nhanh nhất. 3.2.1. Mô hình có sử dụng bộ điều chế số DVB-T. Đây là mô hình đã thực hiện cho máy phát chuyển tiếp. Chúng ta sử dụng hai bộ điều chế số DVB-T có tín hiệu ra cao tần trên hai kênh liền kề băng tần UHF, cụ thể kênh 29 và kênh 30. Các khuếch đại bán dẫn của máy phát hình số có dải rộng 16MHz cho cả hai kênh liền kề [29+30] hoặc [40+41]. Tín hiệu phát số dải rộng 16MHz (sau khi qua bộ lọc thông dải 16MHz) được cộng với tín hiệu analog, thông qua bộ cộng kênh (Combiner) để sử dụng chung hệ thống cáp và anten UHF. Hình 3.1 mô tả sơ đồ khối của hệ thống.[6] Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống. Việc phát trên hai kênh liền kề 29+30 chưa hề và không bao giờ thực hiện được với công nghệ phát hình analog. Đây cũng là một lợi thế rất mạnh của công nghệ phát hình số mặt đất DVB-T. Ưu điểm của mô hình này: i) sửa méo tuyến tính và không tuyến tính của toàn hệ thống chuyển tiếp các chương trình truyền hình số rất dễ dàng, vì có sử dụng các 46 bộ điều chế số (có phần mềm hiệu chỉnh để bù sửa méo). Hiện nay, nhiều bộ điều chế số DVB-T thường có phần mềm hiệu chỉnh bán kèm. ii) tín hiệu đưa vào máy phát hình số là dòng truyền tải (Transport Stream) chứa các chương trình đã nén và ghép. Dòng truyền tải có thể là tín hiệu nối tiếp không đồng bộ ASI (Asynchronous Serial Interface), hoặc có thể là tín hiệu song song (gọi là tín hiệu LVDS, Low Voltage Difference Signal). Tín hiệu dòng truyền tải này đã được đầu thu số thực hiện sửa lỗi nhờ mã sửa sai. Nếu sử dụng tín hiệu dòng truyền tải, thì có thêm một lợi thế nữa, đó là bỏ đi một chương trình nào đó và thay vào bằng một chương trình khác (của địa phương) thật dễ dàng. Tất nhiên phải cần đến bộ nén MPEG-2 (4:2:0 Main Profile @ Main Level) để nén chương trình của địa phương và hệ thống tách ghép lại nhóm chương trình. Hình 3.2 mô tả sơ đồ khối toàn bộ [6] Hình 3.2: Mô hình sử dụng hai bộ điều chế DVB-T Trên hình 3.1 có 4 dòng truyền tải: LVDS cũng là một dòng truyền tải do đầu thu số mặt đất cho ra, đây là dòng song song chứa 8 chương trình. - Dòng ASI-1 là dòng do đầu thu số DVB-T (loại chuyên dụng) cho ra, đây là dòng nối tiếp chứa 8 chương trình. - Dòng ASI-2 là dòng do bộ nén MPEG-2 tạo ra, là dòng chứa một chương trình địa phương. 47 - Dòng ASI-3 là dòng sau bộ tách ghép chương trình chứa 8 chương trình (đặc biệt trong dòng này có thêm chương trình địa phương đã thay thế một chương trình nào đó trong 8 chương trình có trong dòng ASI-1. Nhược điểm của mô hình này là phải đầu tư hai bộ điều chế số DVB-T, bộ nén ghép chương trình. Tuy vậy, đây là mô hình rất hữu ích cho địa phương (nếu muốn tiếp phát các chương trình truyền hình số của các đài khác). Vì không những chương trình của địa phương được phát với công nghệ kỹ thuật số, mà người dân sẽ thu được rất nhiều chương trình truyền hình số qua hệ thống phát hình số DVB-T này. 3.2.2. Mô hình chuyển tiếp qua trung tần 36,15MHz. Mô hình này theo các tài liệu quốc tế, thường sử dụng cho máy phát chuyển tiếp, thông qua trung tần 36,15MHz, phù hợp cấu hình “Gapfile” có công suất rất nhỏ (20-30W) cho các vùng lõm sóng. Hình 3.3 mô tả sơ đồ khối. Bộ dao động nội LO sẽ trộn với trung tần 36,15MHz cho ra tín hiệu cao tần ở kênh phát số (Digital=D). Hình 3.3: Mô hình chuyển tiếp qua trung tần 31.5 MHz Ưu điểm của mô hình này là không phải đầu tư các bộ điều chế số, giá thành đầu tư thấp. Nhược điểm là biện pháp hiệu chỉnh bù sửa méo do các khuếch đại gây ra phải thực hiện bằng phần cứng và hiệu quả không cao như thực hiện bằng phần mềm. Khả năng sửa lỗi bit sẽ kém hiệu quả hơn là chuyển tiếp tín hiệu cơ bản (dòng truyền tải). Hơn nữa, phải mua loại đầu thu số DVB-T có cho ra trung tần 36,15MHz (với mức -15dBm). Thông thường tại đầu thu số có hai giá trị tần số 48 trung tần: 36,15MHz và 4,57MHz; ở đây chọn 36,15MHz. Gapfile là máy chuyển tiếp trên cùng kênh sóng và thường có công suất rất thấp. Nhược điểm nữa, vì chuyển tiếp trung tần, nên không thể đưa chương trình của địa phương vào để phát số được. Một giải pháp khác là bổ sung thêm phần phát số vào máy phát hình analog hiện có. Đặc biệt có một mô hình mà một số tài liệu quốc tế đã đề cập, đó là bổ sung thêm phần phát số vào máy phát hình analog hình tiếng chung. Gọi là phần phát số vì nó không phải là một máy phát số hoàn chỉnh, mà chỉ tận dụng các khuếch đại của máy phát hình analog hiện có để vẫn phát analog bình thường và phát luôn cả các chương trình truyền hình số, tạm gọi là máy “hai trong một” hình 3.4. Hình 3.4 Mô hình 2 trong 1 Căn cứ mô hình này, người ta chỉ cần đầu tư thêm (trên hình vẽ thể hiện bằng ô có viền bóng): - Một đầu thu hình số. - Một bộ điều chế số DVB-T có ra cao tần; - Một bộ cộng hai kênh (cộng cao tần); - Hiệu chỉnh mở rộng dải thông của bộ lọc từ 8MHz lên 16MHz. Nếu không mở rộng được thì phải đầu tư mua bộ lọc mới có dải thông 16MHz Kênh phát số sẽ là kênh liền kề với kênh phát hình hiện có; ví dụ, địa phương đang phát Kênh 7 có thể phát số trên kênh 8 hoặc kênh 6. Tuy nhiên, chọn kênh phát số kênh liền kề trên với kênh analog sẽ có nhiều ưu điểm hơn, hầu như không gây can nhiễu sang nhau, vì phổ phát số nằm gần với phổ mang tiếng (thấp hơn phổ mang hình 10dB). 49 Ưu điểm của hai trong một chính là kinh phí đầu tư thấp và triển khai nhanh. Không cần mua máy phát số DVB-T hoàn chỉnh, tận dụng các khuếch đại của máy phát hình analog hiện có. Máy phát “hai trong một” làm nhiệm vụ đồng thời phát một chương trình analog và phát các chương trình truyền hình số. Đối với các Đài ở xa không thu được truyền hình số mặt đất, xin nêu giải pháp để triển khai (hình 3.5). Mô hình trên hình 3.5 vẫn là “hai trong một” với giải pháp ghép kênh địa phương vào (đã mô tả ở hình3. 2). Sơ đồ hình 3.5 sẽ rất thích hợp với các thiết bị máy phát hình tiếng chung đã đầu tư nhiều năm qua tại vùng lõm và ở một số tỉnh Trên hình 3.5 có 3 dòng ASI khác nhau: ví dụ dòng ASI-1 chứa các chương trình VTV1+VTV2+VTV3; dòng ASI-2 có một chương trình địa phương (ĐP); dòng ASI-3 sẽ chứa cả 4 chương trình truyền hình đã nén và số hoá. Hình 3.4 và hình 3.5 cơ bản là giống nhau. Chỉ khác ở đầu thu để cho dòng ASI- 1: sơ đồ hình 3.4 là đầu thu số mặt đất DVB-T (để thu các chương trình phát số mặt đất ), trên hình 3.5 là đầu thu số vệ tinh (để thu các chương trình của THVN). Hình 3.5 Thu tín hiệu số từ vệ tinh Nhóm thông số phát hình số trong máy “hai trong một” có thể chọn: 2k; 16-QAM; khoảng bảo vệ 1/32, tỷ lệ mã sửa lỗi 3/4; khi đó vận tốc dòng truyền tải sẽ đạt 18 Mbit/s (đủ để phát 4 chương trình). Hiện nay 3 chương trình VTV1+VTV2+VTV3 truyền qua băng C chiếm13,5Mbit/s, như vậy, còn 4,5Mbit/s dành cho chương trình của địa phương. Thực tế cho thấy để thu số tốt, mức trường của số cần thấp hơn của 50 thu analog khoảng 15-18dB. Nếu phát với nhóm thông số nêu trên, anten phát là anten dải rộng, để đảm bảo vùng phủ sóng số và analog tương đương nhau, thì công suất phát số sẽ thấp hơn công suất phát analog rất nhiều, ví dụ công suất phát analog 2kW, thì công suất phát số chỉ cần khoảng 350-400W, công suất phát analog 5kW thì công suất máy phát hình số khoảng 500-600W. Mức công suất phát số sẽ xác định thông qua điều chỉnh mức cao tần ra của bộ điều chế số DVB-T Vì phát số không cần công suất lớn, nên điện năng dành cho máy phát số sẽ không tăng thêm nhiều, mặt bằng không thêm bao nhiêu (bộ nén và ghép rất bé), nhưng phát được thêm các chương trình truyền hình số bên cạnh 1 chương trình analog Vận tốc dòng truyền tải và giá trị tỷ số C/N (liên quan tới công suất phát số) thay đổi theo nhóm thông số phát có thể tìm thấy trong tài liệu Ưu điểm của mô hình này là không phải đầu tư các bộ điều chế số, giá thành đầu tư thấp. Nhược điểm là biện pháp hiệu chỉnh bù sửa méo do các khuếch đại gây ra phải thực hiện bằng phần cứng và hiệu quả không cao như thực hiện bằng phần mềm. Khả năng sửa lỗi bit sẽ kém hiệu quả hơn là chuyển tiếp tín hiệu cơ bản (dòng truyền tải). Hơn nữa, phải mua loại đầu thu số DVB-T có cho ra trung tần 36,15MHz (với mức -15dBm). Thông thường tại đầu thu số có hai giá trị tần số trung tần: 36,15MHz và 4,57MHz; ở đây chọn 36,15MHz. Gapfile là máy chuyển tiếp trên cùng kênh sóng và thường có công suất rất thấp. Nhược điểm nữa, vì chuyển tiếp trung tần, nên không thể đưa chương trình của địa phương vào để phát số được. Hiện nay, trên thế giới chủ yếu sử dụng 3 tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất: ATSC của Mỹ, ASDB-T của Nhật và DVB-T của Châu Âu. Việt Nam đã lựa chọn, nghiên cứu thử nghiệm, triển khai ứng dụng công nghệ truyền hình số mặt đất DVB-T theo tiêu chuẩn Châu Âu. Đây là một sự lựa chọn đúng đắn và thực tế đó thu nhận được thành công. Tuy nhiên từ thực tiễn quá trình triển khai ứng dụng, nhiều vấn đề về thương mại, kỹ thuật và yêu cầu của các dịch vụ mới xuất hiện cần phải được giải quyết nhằm đap ứng xu thế phát triển của hệ thống truyền hình. Từ đo yêu cầu tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T cần được bổ sung, đổi mới và phát triển. 3.3 Mô phỏng và đánh giá Các giải pháp nêu ra trên đây chỉ giải bài toán tạm thời của đài truyền hình nhằm giải quyết bài toán: 51 - Tận dụng các cơ sở vật chất sẵn có đang sử dụng của Đài truyền hình địa phương về truyền hình Analog - Chuẩn bị đội ngũ kĩ thuật về phát thanh truyền hình số. - Đảm bảo cho người tiêu dùng có thời gian chuẩn bị kinh phí, thiết bị chuyển đổi sang máy thu hình số trong khi đang sử dụng các máy thu hình Analog. Trong tương lai, phát thanh truyền hình số mặt đất sẽ trở nên bắt buộc và thông dụng nhờ các ưu điểm nổi bật của nó. Nhằm xem xét, thấy rõ thêm các đặc tính của truyền hình số, chương trình mô phỏng truyền hình số OFDM sẽ đánh giái phần nào chất lượng đường truyền vùng Quảng trị [15] 3.3.1: Vùng phủ sóng và các tham số kỹ thuật Quảng Trị là một tỉnh ven biển thuộc vùng Bắc Trung Bộ Việt Nam. Đây là tỉnh có Khu phi quân sự vĩ tuyến 17, là giới tuyến chia cắt hai miền Nam – Bắc Việt Nam. Phía bắc tỉnh Quảng Trị giáp tỉnh Quảng Bình, phía nam giáp tỉnh Thừa Thiên Huế, phía tây giáp nước Cộng hòa Dân chủ Lào, phía đông giáp biển Đông. Trung tâm hành chính của tỉnh là thành phố Đông Hà nằm cách phía nam thủ đô Hà Nội 598 km và 1.112 km về phía bắc thành phố Hồ Chí Minh. Tỉnh có diện tích 4.745,7 km2 với dân số 601.672 người. Về mặt hành chính, Quảng Trị có một thành phố, 1 thị xã và 8 huyện. Tỉnh có 141 đơn vị hành chính cấp xã gồm 117 xã, 13 phường và 11 thị trấn. Cộng đồng các dân tộc tỉnh Quảng Trị gồm 3 dân tộc chính: Kinh, Vân Kiều và Pa Cô. Tỉ lệ các dân tộc thiểu số chiếm khoảng 9% tổng dân số. Mỗi dân tộc đều có lịch sử lâu đời và có truyền thống văn hóa phong phú, đặc sắc, đặc biệt là văn hóa dân gian. Đồng bào các dân tộc thiểu số Vân Kiều và Pa Cô sinh sống chủ yếu ở các huyện miền núi phía Tây của tỉnh như: Hướng Hóa, Đakrông. Địa hình đa dạng bao gồm núi, đồi, đồng bằng, cồn cát và bãi biển chạy theo hướng tây bắc - đông nam. Quảng Trị có nhiều sông ngòi với 7 hệ thống sông chính là sông Thạch Hãn, sông Bến Hải, sông Hiếu, sông Ô Lâu, sông Bến Đá, sông Xê Pôn và sông Sê Păng Hiêng. 52 Hình 3.6: Vị trí Tỉnh Quảng trị Đài truyền hình Quảng trị nằm ở vị trí 107E0551 – 16N4852 cao 11 m so với mặt nước biển.Thiết bị phát sóng truyền hình, gồm: + 01 máy phát hình HARRIS (5kW, kênh 11 VHF); phát sóng chương trình truyền hình Quảng Trị (logo QTV); + Cột Anten tự đứng cao 115 m gồm 24 panô, ưu tiên 2 hướng Bắc và Nam mỗi hướng 8 dàn; Diện phủ sóng 50% địa bàn và 70% dân cư toàn tỉnh. - Hiện tại, chương trình truyền hình Quảng Trị đã được phát trên hệ thống truyền hình cáp Việt Nam (thuộc Đài THVN). - Các máy phát hình của Đài THVN đang phát sóng tại Đài PT-TH tỉnh: + Máy phát hình công suất 5 KW hiệu Thomcast– kênh 6 – VHF phát chương trình VTV1, thời lượng phát 24 giờ/ngày. + Máy phát hình công suất 1 KW hiệu Thomson – kênh 8 – VHF, phát chương trình VTV2, thời lượng phát 24 giờ/ngày + Máy phát hình công suất 5 KW Harris – kênh 30 – UHF, phát chương trình VTV3, thời lượng phát 24 giờ/ngày Mô hình phủ sóng tính từ vị trí d đến Đài truyền hình Quảng trị giả thiết theo mô hình truyền sóng Okumura–Hata có hàm suy hao L (tính theo dB) biểu diễn bởi biểu thức L = A + B log10(f) −13.82 log10(Hb) − a(Hm) + [44.9−6.55*log10(Hb)] * log10(d) + Lother Trong đó Chiều cao anten phát Hb: 10m-200 m, anten thu Hm: 1m–10 m 53 Hệ số hiệu chỉnh a(Hm) = [1.1*log10( f ) − 0.7] *Hm − [1.56* log10( f ) − 0.8] A = 69.55 B = 26.6 Nhiễu trên kênh truyền được giả định là nhiễu cộng tính có phân bố Gauss. Kênh được mô hình hóa nhiễu Gauss xác định bởi biểu thức ࣌࡭ࢃࡳࡺ = ඨđộ ࢒ệࢉࢎ ࢉủࢇ ࢚í࢔ ࢎ࢏ệ࢛ đượࢉ đ࢏ề࢛ ࢉࢎếࡿࡺࡾ ࢚࢛࢟ế࢔ ࢚í࢔ࢎ Mô hình mô phỏng truyền hình số OFDM đơn giản được miêu tả theo sơ đồ khối sau: Hình 3.7: Sơ đồ khối thu phát OFDM 3.3.2: Cấu hình hệ thống và các tham số của chương trình - Luồng dữ liệu lối vào chương trình mô phỏng: Hình ảnh định dạng .bmp 8-bit grayscale (256 mức xám) - Kích thước IFFT – 2048 hoặc 1024 (hoặc nguyên lần bội số 2.) - Số sóng mang: Không lớn hơn [(IFFT size)/2 – 2]; - Phương pháp điều chế số (mapping): QPSK, 16-QAM, or 256-QAM; - Công suất gim đỉnh tính theo dB; 6dB - Tỷ số công suất tín hiệu trên ồn (SNR) tính theo dB 54 Cốt lõi của máy phát OFDM là bộ điều chế, trong đó nó điều chỉnh các luồng dữ liệu đầu vào khung của khung. Dữ liệu được chia thành các khung dựa trên biến symb_per_frame, trong đó đề cập đến số các biểu tượng cho mỗi khung hình cho mỗi sóng mang.Nó được xác định bởi biểu thức: symb_per_frame= ceil (2 ^ 13/carrier_count). Điều này giới hạn số biểu tượng cho mỗi khung hình (symb_per_frame *carrier_count) trong khoảng[2 ^ 13, 2 * (2 ^ 13-1)],hoặc[8192, 16.382]. Tuy nhiên, số lượng các sóng con thông thường sẽ khôngthể lớn hơn nhiều so với1000 trong mô phỏng này, do đó tổng số biểu tượng cho mỗi khung hình sẽ thường dưới 10.000. Đây là con sốthực nghiệm hợp lýcủa biểu tượng trên một khung tại chương trình MATLAB này để nó có thể hoạt động hiệu quả, qua đó symb_per_frameđược xác định bởi phương trình ở trên. Nếu tổng số biểu tượng trong một dòng dữ liệu được truyền đi là ít hơn tổng số của các biểu tượng mỗi khung hình,dữ liệu sẽ không được chia thành khung và sẽ được điều chỉnh cùng một lúc. Dữ liệu được tổ chức theo từng khung hoặc cấu trúc đa khung có cấu trúc sau 3.3.3 Kết quả thu được Bảng dưới đây cho tham số chương trình thử nghiệm phát-thu OFDM Tham số Giá trị Kích thước ảnh 512x512 Kích thước IFFT 1024 Số sóng mang 400 Phương pháp điều chế QPSK Công suất gim đỉnh 9 dB 55 Tín hiệu OFDM miền thời gian được xác định 56 57 Các kết quả thu được với điều chế 16-QAM và 256-QAM 58 59 60 Đường cong biểu diễn BER theo SNR (dB) so sánh giữa các phương pháp điều chế (mapping) QPSK, 16-QAM và 64-QAM được chỉ ra theo hình dưới đây: Hình 3.8: BER theo SNR Hình 3.8 cho thấymối quan hệ giữaBER và SNRcho cả 3 phương phápđiều chế QPSK, 16-QAM và 64-QAM. Theo kết quả đó,với cùng một yêu cầu BER cho truyền thông thì QPSKđòi hỏiSNRthấp hơn nhiều so với các phương thức khác do vậy truyền hình số dựa trên OFDM có thể thích nghi với các điều kiện thời tiết để thay đổi phương thức điều chế nhằm đảm bảo chất lượng hình ảnh. Ví dụ: Khi trời nắng (kênh truyền tốt) có thể truyền hình số OFDM với điều chế 64-QAM và khi trời mù, nhiều mây (kênh truyền không tốt) có thể truyền hình số OFDM với điều chế 16-QAM, còn khi trời mưa (kênh truyền rất xấu) có thể chuyển sang phát truyền hình số OFDM với điều chế QPSK. Các máy thu có cơ chế nhận dạng các phương pháp điều chế để thích nghi với máy phát. 61 KẾT LUẬN OFDM là công nghệ cho phép ghép kênh tiết kiệm phổ hơn. Chúng ta biết rằng tín hiệu truyền trên kênh truyền mặt đất bị ảnh hưởng của rất nhiều hiệu ứng như: nhiễu xung, fading, nhiễu kênh kề, nhiễu kêng chung trễ lan truyền đa đường... nhưng vấn đề quan tâm nhất là ảnh hưởng của các tín hiệu trễ lên tín hiệu gốc dây giao thoa ký hiệu ISI. Trễ này tạo ra do sự lan truyền theo nhiều đường của tín hiệu trên mặt đất, ảnh hưởng của trễ đến chất lượng tín hiệu thu càng mạnh khi trễ biến đổi nhanh. Đối với hệ thống truyền hình tương tự cũng như một hệ thống thông tin, các máy phát cạnh nhau dùng chung một tần số là một vấn đề vô cùng khó khăn. Vì vậy các hệ thống cần có sự quy hoạch tần số cẩn thận cũng như các phương án tái sử dụng tần số. Mạng đơn tần SFN là mạng gồm nhiều máy phát động trên một tần số và phát cùng một nội dung. Mỗi máy phát trong một mạng SFN sẽ tuân theo quy tắc sau: - Phát cùng một tần số. - Phát cùng một lúc - Phát cùng một dữ liệu Như vậy một điểm thu tại biên vùng phủ sóng sẽ thu được nhiều tín hiệu từ các trạm phát khác nhau và bộ thu sẽ coi các tín hiệu này như các trễ nhân tạo. Vậy mạng SFN dùng OFDM là khả thi vì OFDM có thể giải quyết được các vấn đề thu tránh được hiệu ứng đa đường. Ứng dụng của SFN tạo một bước đột phá trong công nghệ phát sóng truyền hình, đó là một phạm vi rộng lớn có thể triển khai mạng dày đặc các máy phát hoạt động cùng tần số. Trong khi tài nguyên tần số tăng UHF/VHF ngày càng hạn hẹp thì triển khai SFN mang lại lợi ích vô cùng lớn. Hiện nay công nghệ OFDM đã và đang được nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực thông tin vô tuyến và truyền hình số mặt đất. Công nghệ này là lựa chọn kết hợp giữa các phương pháp điều chế cổ điển và các phương pháp đa truy cập vô tuyến ứng dụng của OFDM sẽ dành cho mạch vòng vô tuyến nội hạt, mạng cục bộ (LAN) vô tuyến, dịch vụ truyền hình cá nhân tế bào. Các hệ thống đa truy cập dựa trên OFDM như OFDM-TAMA và MC-CDMA đang được xem xét tới như một thế hệ tiếp theo của hệ thống vô tuyến nhiều người sử dụng 62 Qua luận văn đã giúp tôi hiểu thêm về kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM với những đặc tính kỹ thuật nổi bật của mình: Tính trực giao đã được khẳng định chắc chắn về hiệu quả của nó trong lý thuyết truyền tin; Khoảng bảo vệ cho phép đảm bảo tính trực giao đồng thời giúp loại bỏ được nhiễu ISI; Phép biến đổi Fourier tạo ra giải pháp đơn giản và hiệu quả để thực hiện kỹ thuật này, đã giúp cho OFDM có thể được ứng dụng rộng rãi. Cùng với việc sử dụng hiệu quả những kỹ thuật đồng bộ, cân bằng và mã hóa, OFDM đã chứng tỏ vai trò của mình trong các hệ thống viễn thông như là một kỹ thuật điều chế tiên tiến.Hiểu thêm về truyền hình số mặt đất – một ứng dụng của kỹ thuật OFDM trong thực tế.Biết được các trở ngại chính của hệ thống OFDM là: vấn đề tần số offset, vấn đề đồng bộ, cuối cùng là vấn đề tỷ số công suất đỉnh trung bình PAPR lớn. Mạng OFDM đang được ứng dụng một cách hiệu quả trong nhiều hệ thống vô tuyến riêng biệt đó là hệ thống phát thanh kỹ thuật số (DAB) và truyền hình kỹ thuật số (DVB). Truyền hình số mặt đất DVB-T (mà được chọn làm tiêu chuẩn cho truyền hình số tại Việt Nam) là một trong những ứng dụng của công nghệ OFDM. Công nghệ này sử dụng 1705 sóng mang (ở chế độ 2K) hoặc 6817 sóng mang (chế độ 8K) cho các luồng dữ liệu QPSK, 16-QAM hay 64-QAM và tỷ lệ khoảng bảo vệ có thể là Tu/Ts = 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 tuỳ môi trường có trễ dài hay ngắn. Với khả năng chống hiệu ứng đa đường động rất tốt của OFDM đã tạo ngành truyền hình có hai khả năng mới mà truyền hình tương tự trước đây cũng như truyền hình số tuân theo tiêu chuẩn không thể đạt được. Giải pháp quá trình chuyển đổi từ phát sóng analog sang phát sóng truyền hình số đáp ứng được yêu cầu trước mắt của địa phương. Các giải pháp nêu ra bài toán tạm thời của đài truyền hình nhằm giải quyết bài toán:Tận dụng các cơ sở vật chất sẵn có đang sử dụng của Đài truyền hình địa phương về truyền hình Analog. Chuẩn bị đội ngũ kĩ thuật về phát thanh truyền hình số. Đảm bảo cho người tiêu dùng có thời gian chuẩn bị kinh phí, thiết bị chuyển đổi sang máy thu hình số trong khi đang sử dụng các máy thu hình Analog. Do phạm vi đề tài rộng nên những gì tôi thực hiện được qua luận văn này chưa cung cấp nhiều thông tin về các ứng dụng truyền hình số mặt đất. Dù đã cố gắng nhưng luận văn vẫn còn nhiều sai sót kèm theo những giới hạn hiểu biết về đề tài. Hy vọng đây là những kinh nghiệm hữu ích cho tôi sau này. Chương trình mô phỏng trong luận văn chỉ giới hạn trong khuôn khổ xem xét ảnh hưởng của các vấn đề về ánh xạ (mapping) và điều chế IFFT cho truyền hình OFDM là chủ yếu do đó dữ liệu ảnh là các file ảnh (dạng .bmp..) hoặc hình ảnh chưa được nén (hay chưa xử lý). Độ hoàn thiện khi đó được đánh giá theo BER với SNR. 63 Khi hình ảnh được xử lý (nén – định dạng .mp2 hoặc .mp4) thì độ hoàn thiện của truyền hình dựa trên OFDM được đánh giá theo PSNR. PSNR là tỷ lệ tín hiệu đỉnh trên nhiễu là tỷ lệ giữa tín hiệu tham chiếu của ảnh và tín hiệu biến dạng trong một hình ảnh tính bằng decibel (dB).Nói chung, giá trị PSNR cao tương quan với chất lượng hình ảnh cao hơn,nhưng các thực nghiệm đã chỉ ra rằng không phải là luôn luôn như vậy mặc dù PSNR là một thước đo chất lượng phổ biến vì nó tính toán dễ dàng và nhanh chóng. Với khung hình ảnhA = {a1 ..aM}, B={b1 ..BM} và MAX bằng giá trị điểm ảnh tối đa có thể(2 ^ 8 - 1= 255tương ứng hình ảnh 8-bit) thì ܴܲܵܰ(ܣ,ܤ) = 10 ݈݋݃ଵ଴ ቆ ܯܣܺଶܯܵܧ(ܣ,ܤ)ቇ Chương trình mô phỏng trong luận văn cũng chưa xem xét đến ảnh hưởng của các phương pháp mã hóa cho truyền hình số dựa trên OFDM như đã nêu ra trong chương 1 và chương 2.Tín hiệu đưa vào xử lý mới chỉ bước đầu ở định dạng ảnh chưa phải là dữ liệu video. Các vấn đề này sẽ còn được tiếp tục nghiên cứu và làm rõ sau này. 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. T.S Phạm Đắc Bi, K.S Lê Trọng Bằng , K.S Đỗ Anh Tú, ”Các đặc điểm cơ bản của máy phát số DVB-T”, Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông & Công Nghệ Thông Tin , (8/2004). 2. Đặng Văn Chuyết, Nguyễn Tuấn Anh, “Cơ sở lý thuyết truyền tin-Tập hai “, Nhà xuất bản giáo dục (2000). 3. Cheng-Xiang Wang, Nguyễn Văn Đức, “Kỹ thuật thông tin số_tập 1”, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật- Hà Nội (2006) . 4. Nguyễn Hoàng Hải , Th.s Nguyễn Việt Anh , “ Lập trình Matlab và ứng dụng“, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật- Hà Nội (2006). 5. Phan Hương , “ Công nghệ OFDM trong truyền dẫn vô tuyến băng rộng điểm-đa điểm tốc độ cao (54Mbit/s) “ , Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông & Công Nghệ Thông Tin (13/03/2006). 6. Quách Tuấn Ngọc,”xử lý tín hiệu số “, Nhà xuất bản giáo dục (1999). 7. Nguyễn Ngọc Tiến,” Một số vấn đề kỹ thuật trong OFDM”, Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông & Công Nghệ Thông Tin, Kỳ 1(10/2003) 8. Tạ Quốc Ưng , “ Điện thoại di động trong truyền hình số mặt đất DVB_T “ , Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông & Công Nghệ Thông Tin (12/11/2003). Tiếng Anh 9. Anibal Luis Intini, “ Orthogonal Frequency Division Multiplexing for Wirelss Networks “ , University of California Santa Barbara – (December, 2000). 10. Digital Video Broadcasting. The international Standard for Digital Television. 11. Eric Phillip LAWREY BE (Hons), “Adaptive Techniques for Multiuser OFDM”, a thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy, Electrical and Computer Engineering School of Engineering, JAMES COOK University ( Dec- 2001). 65 12. ETS 300 744, “Digital broadcasting systems for television, sound and data services; framing structure, channel coding, and modulation for digital terrestrial television”, European Telecommunication Standard, Doc.300 744. 13. K.Fazel , S.Kasier , “ Multi-carrier and spread spectrum systems “, John Wiley & Sons Ltd , The Atrium , Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England ( 2003). 14. Richard van Nee, Ramjee Prasad, OFDM for Wireless Multimedia Communications, Artech House (2000). 15.Guillermo Acosta, "Smart Antenna Research Laboratory" www.ece.gatech.edu/research/.../OFDM/Tutorial_web.pdf 66 PHỤ LỤC Chương trình mô phỏng (Nguồn: Guillermo Acosta,"Smart Antenna Research Laboratory"- www.ece.gatech.edu/research/.../OFDM/Tutorial_web.pdf ) A. File OFDM_sim.m % *************** MAIN PROGRAM FILE ***************% % ####################################################### % % ************* OFDM SYSTEM INITIALIZATION: ************* % % **** setting up parameters & obtaining source data **** % % ####################################################### % % Turn off exact-match warning to allow case-insensitive input files warning('off','MATLAB:dispatcher:InexactMatch'); clear all; % clear all previous data in MATLAB workspace close all; % close all previously opened figures and graphs SNR_dB=0:4:40; ber = zeros(1,length(SNR_dB)) fprintf('\n\n##########################################\n') fprintf('#*********** OFDM Simulation ************#\n') fprintf('##########################################\n\n') % save parameters for receiver save('parameters'); 67 % read data from input file x = imread(file_in); figure(100) rgb = imread(file_in); image(rgb); title('RGB image') title('Anh goc lena file bitmap'); colormap(hot(256)) % arrange data read from image for OFDM processing h = size(x,1); w = size(x,2); x = reshape(x', 1, w*h); baseband_tx = double(x); % convert original data word size (bits/word) to symbol size (bits/symbol) baseband_tx = convertor(baseband_tx, word_size, symb_size); % save original baseband data for error calculation later save('err_calc.mat', 'baseband_tx'); % signal to noise ratio in dB for SNR_dB = 0:4:40 save snr SNR_dB % ####################################################### % % ******************* OFDM TRANSMITTER ****************** % % ####################################################### % tic; % start stopwatch % generate header and trailer (an exact copy of the header) 68 f = 0.25; header = sin(0:f*2*pi:f*2*pi*(head_len-1)); f=f/(pi*2/3); header = header+sin(0:f*2*pi:f*2*pi*(head_len-1)); % arrange data into frames and transmit frame_guard = zeros(1, symb_period); time_wave_tx = []; symb_per_carrier = ceil(length(baseband_tx)/carrier_count); fig = 1; if(symb_per_carrier > symb_per_frame) % === multiple frames === % power = 0; while ~isempty(baseband_tx) % number of symbols per frame frame_len = min(symb_per_frame*carrier_count,length(baseband_tx)); frame_data = baseband_tx(1:frame_len); % update the yet-to-modulate data baseband_tx = baseband_tx((frame_len+1):(length(baseband_tx))); % OFDM modulation time_signal_tx = modulate(frame_data,ifft_size,carriers,... conj_carriers, carrier_count, symb_size, guard_time, fig); fig = 0; %indicate that modulate() has already generated plots % add a frame guard to each frame of modulated signal time_wave_tx = [time_wave_tx frame_guard time_signal_tx]; frame_power = var(time_signal_tx); end % scale the header to match signal level 69 power = power + frame_power; % The OFDM modulated signal for transmission time_wave_tx = [power*header time_wave_tx frame_guard power*header]; else % === single frame === % % OFDM modulation time_signal_tx = modulate(baseband_tx,ifft_size,carriers,... conj_carriers, carrier_count, symb_size, guard_time, fig); % calculate the signal power to scale the header power = var(time_signal_tx); % The OFDM modulated signal for transmission time_wave_tx = ... [power*header frame_guard time_signal_tx frame_guard power*header]; end % show summary of the OFDM transmission modeling peak = max(abs(time_wave_tx(head_len+1:length(time_wave_tx)-head_len))); sig_rms = std(time_wave_tx(head_len+1:length(time_wave_tx)-head_len)); peak_rms_ratio = (20*log10(peak/sig_rms)); fprintf('\nSummary of the OFDM transmission and channel modeling:\n') fprintf('Peak to RMS power ratio at entrance of channel is:%f dB\n', ... peak_rms_ratio) % ####################################################### % % **************** COMMUNICATION CHANNEL **************** % % ####################################################### % % ===== signal clipping ===== % clipped_peak = (10^(0-(clipping/20)))*max(abs(time_wave_tx)); 70 time_wave_tx(find(abs(time_wave_tx)>=clipped_peak))... = clipped_peak.*time_wave_tx(find(abs(time_wave_tx)>=clipped_peak))... ./abs(time_wave_tx(find(abs(time_wave_tx)>=clipped_peak))); % ===== channel noise ===== % power = var(time_wave_tx); % Gaussian (AWGN) SNR_linear = 10^(SNR_dB/10); noise_factor = sqrt(power/SNR_linear); noise = randn(1,length(time_wave_tx)) * noise_factor; time_wave_rx = time_wave_tx + noise; % show summary of the OFDM channel modeling peak = max(abs(time_wave_rx(head_len+1:length(time_wave_rx)-head_len))); sig_rms = std(time_wave_rx(head_len+1:length(time_wave_rx)-head_len)); peak_rms_ratio = (20*log10(peak/sig_rms)); fprintf('Peak to RMS power ratio at exit of channel is: %f dB\n', ... peak_rms_ratio) % Save the signal to be received save('received.mat', 'time_wave_rx', 'h', 'w'); fprintf('#******** OFDM data transmitted in %f seconds ********#\n\n', toc) % ####################################################### % % ********************* OFDM RECEIVER ******************* % % ####################################################### % clear all; % flush all data stored in memory previously tic; % start stopwatch % invoking ofdm_parameters.m script to set OFDM system parameters 71 load('parameters'); load('snr'); if SNR_dB > 0 load('Ber_QPSK'); end % receive data load('received.mat'); time_wave_rx = time_wave_rx.'; end_x = length(time_wave_rx); start_x = 1; data = []; phase = []; last_frame = 0; unpad = 0; if rem(w*h, carrier_count)~=0 unpad = carrier_count - rem(w*h, carrier_count); end num_frame=ceil((h*w)*(word_size/symb_size)/(symb_per_frame*carrier_count)); fig = 0; for k = 1:num_frame if k==1 || k==num_frame || rem(k,max(floor(num_frame/10),1))==0 fprintf('Demodulating Frame #%d\n',k) end % pick appropriate trunks of time signal to detect data frame if k==1 time_wave = time_wave_rx(start_x:min(end_x, ... 72 (head_len+symb_period*((symb_per_frame+1)/2+1)))); else time_wave = time_wave_rx(start_x:min(end_x, ... ((start_x-1) + (symb_period*((symb_per_frame+1)/2+1))))); end % detect the data frame that only contains the useful information frame_start = ... frame_detect(time_wave, symb_period, envelope, start_x); if k==num_frame last_frame = 1; frame_end = min(end_x, (frame_start-1) + symb_period*... (1+ceil(rem(w*h,carrier_count*symb_per_frame)/carrier_count))); else frame_end=min(frame_start-1+(symb_per_frame+1)*symb_period, end_x); end % take the time signal abstracted from this frame to demodulate time_wave = time_wave_rx(frame_start:frame_end); % update the label for leftover signal start_x = frame_end - symb_period; if k==ceil(num_frame/2) fig = 1; end % demodulate the received time signal [data_rx, phase_rx] = demod... (time_wave, ifft_size, carriers, conj_carriers, ... guard_time, symb_size, word_size, last_frame, unpad, fig); if fig==1 73 fig = 0; % indicate that demod() has already generated plots end phase = [phase phase_rx]; data = [data data_rx]; end phase_rx = phase; % decoded phase data_rx = data; % received data % convert symbol size (bits/symbol) to file word size (bits/byte) as needed data_out = convertor(data_rx, symb_size, word_size); fprintf('#********** OFDM data received in %f seconds *********#\n\n', toc) % ####################################################### % % ********************** DATA OUTPUT ******************** % % ####################################################### % % patch or trim the data to fit a w-by-h image if length(data_out)>(w*h) % trim extra data data_out = data_out(1:(w*h)); elseif length(data_out)<(w*h) % patch a partially missing row buff_h = h; h = ceil(length(data_out)/w); % if one or more rows of pixels are missing, show amessage to indicate if h~=buff_h disp('WARNING: Output image smaller than original') disp(' due to data loss in transmission.') end % to make the patch nearly seamless, 74 % make each patched pixel the same color as the oneright above it if length(data_out)~=(w*h) for k=1:(w*h-length(data_out)) mend(k)=data_out(length(data_out)-w+k); end data_out = [data_out mend]; end end % format the demodulated data to reconstruct a bitmap image data_out = reshape(data_out, w, h)'; data_out = uint8(data_out); % save the output image to a bitmap (*.bmp) file imwrite(data_out, file_out, 'bmp'); figure(4) rgb = imread(file_out); image(rgb); title('Anh Lena voi SNR(dB) =') colormap(hot(256)) % ####################################################### % % ****************** ERROR CALCULATIONS ***************** % % ####################################################### % % collect original data before modulation for errorcalculations load('err_calc.mat'); fprintf('\n#**************** Summary of Errors ****************#\n') % Let received and original data match size and calculate data loss rate 75 if length(data_rx)>length(baseband_tx) data_rx = data_rx(1:length(baseband_tx)); phase_rx = phase_rx(1:length(baseband_tx)); elseif length(data_rx)<length(baseband_tx) fprintf('Data loss in this communication = %f%% (%d out of %d)\n', ... (length(baseband_tx)-length(data_rx))/length(baseband_tx)*100, ... length(baseband_tx)-length(data_rx), length(baseband_tx)) end % find errors errors = find(baseband_tx(1:length(data_rx))~=data_rx); fprintf('Total number of errors = %d (out of %d)\n', ... length(errors), length(data_rx)) % Bit Error Rate fprintf('Bit Error Rate (BER) = %f%%\n',length(errors)/length(data_rx)*100) ber(SNR_dB/4+1) = length(errors)/length(data_rx); save Ber_QPSK ber; % find phase error in degrees and translate to -180to +180 interval phase_tx = baseband_tx*360/(2^symb_size); phase_err = (phase_rx - phase_tx(1:length(phase_rx))); phase_err(find(phase_err>=180)) = phase_err(find(phase_err>=180))-360; phase_err(find(phase_err<=-180)) = phase_err(find(phase_err<=-180))+360; fprintf('Average Phase Error = %f (degree)\n', mean(abs(phase_err))) % Error pixels x = convertor(baseband_tx, symb_size, word_size); x = uint8(x); x = x(1:(size(data_out,1)*size(data_out,2))); 76 y = reshape(data_out', 1, length(x)); err_pix = find(y~=x); fprintf('Percent error of pixels of the received image = %f%%\n\n', ... length(err_pix)/length(x)*100) end; figure(50) x1=1:4:41; semilogy(x1,ber,'r');grid on hold on; fprintf('##########################################\n') fprintf('#******** END of OFDM Simulation ********#\n') fprintf('########################################\n\n')